Gibi rüzgar darbeler, bu yüzden de yel değirmenleri ve kanatlarına yapmak rüzgar türbinleri . Bu devasa kanatlı makineler 1000 yıldan fazladır, ilk yel değirmenleri MS 800 civarında İran'da ortaya çıktı.
Bu ilk yel değirmenleri tam olarak adlarının ima ettiği şey için kullanılıyordu - rüzgarla çalışan değirmenlerdi. Rüzgar, yel değirmeninin kanatlarını veya kanatlarını döndürür, merkez şaftı döndürür ve daha sonra un ve diğer tahıl ürünlerini üretmek için genellikle büyük, yassı taşlardan yapılmış bir tahıl değirmenini döndürür. Bu yel değirmenleri başka bir hayati amaca da hizmet etti - şehirlere ve evlere su pompalamak. Bir tahıl değirmeni döndürmek yerine, fırıldak dönüşü bir pompayı çalıştırmak için kullanılabilir.
Yel değirmenleri asırlardır ortalıktayken, rüzgar türbinleri , ABD'de elektrik üretimi için yaratılan ilk bilinen rüzgar türbininin Ohio'daki konağı için elektrik üretmek için mucit Charles Brush tarafından inşa edildiği yaklaşık 1888'den beri var . Rüzgar türbinleri, sadece eğirme enerjisini bir değirmeni döndürmek veya su pompalamak gibi daha mekanik işe dönüştürmek yerine, kanatların eğirilmesinden elektrik üretmek için kullanılır.
Unprofessional Engineering podcast'inin mühendisi ve ödüllü sunucusu James Herzing, "Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bir rüzgar türbini yaklaşık 280 fit (85 metre) uzunluğundayken, eski yel değirmeni tipik olarak 80 fit (24 metre) üzerine çıkmaz," diyor , bir e-posta röportajında. "Yelkenlerin veya kanatların boyutu başka bir büyük farktır. Yel değirmenleri geleneksel olarak tekerlek çapıyla ölçülür ve kanatlarda 8 fitin ölçüldüğü 2 metrelik (8 fit) bir yel değirmeni görmek nadir değildir. Öte yandan türbinler, 100 fitin (30 metre) üzerinde tek bir kanada sahip olabilir. "
Yel Değirmenleri Nasıl Çalışır?
Yel değirmenleri medeniyet için en eski ve en hayati makinelerden bazıları ve genellikle su pompalamak veya tahıl öğütmek için kullanılsa da, çok daha yeni rüzgar türbini teknolojisine göre bazı başka işlevsel farklılıklar da var.
Bir yel değirmeninin kanatları yere yakındır ve bu nedenle dönmesi için yere yakın hava akımlarından yararlanmalıdır. Rüzgar akımları genellikle Dünya yüzeyine daha yüksek atmosferlerde olduğundan daha az yakın olduğundan, yel değirmenlerinin mümkün olduğunca çok rüzgarı yakalamak için daha büyük kanatlara sahip olması gerekir .
Yel değirmenleri yaklaşık olarak 800 CE'den beri bulunsa da, 1800'lerin ortalarında gerçekten popülerlik kazanmışlardır. 1850'yi izleyen on yıllarda Sanayi Devrimi'nin ateşlediği, yalnızca ABD'de pompalara ve fabrikalara güç sağlamak ve diğer enerji ihtiyaçlarına hizmet etmek için 6 milyondan fazla mekanik yel değirmeni kuruldu .
Bu popülerlik, yel değirmenlerinin mekanik enerji jeneratörleri olarak basitliğinden kaynaklanıyordu. Çok sayıda kanatlı bir yel değirmenini basitçe yerleştirerek, ücretsiz bir mekanik enerji kaynağına hızlı bir şekilde erişim sağlayabilirsiniz. Bıçakların döndürülmesi yoluyla, bu dönme enerjisi makineleri dişliler aracılığıyla çalıştırmak için veya basit su emici çubuk pompalar ile suyu zeminden itmek ve çekmek için kullanılabilir .
Yel değirmenleri modern endüstride popüler hale gelirken, başka bir buluş da geliştiriliyor ve rafine ediliyordu: jeneratör.
Rüzgar estiğinde sadece bir yel değirmeni kullanabilmek yerine, bir jeneratör rotasyonel enerjinin elektriğe dönüştürülerek depolanmasına izin verirdi. Bu nedenle, rüzgar türbinlerinin geliştirilmesi, rüzgar enerjisinden yararlanma cihazlarının mükemmelleştirilmesinde bir sonraki adımdı.
Rüzgar Türbinleri Nasıl Çalışır?
Daha güçlü hava akımlarını yakalamak için bir rüzgar türbini, bir yel değirmeninden yüzlerce metre daha yükseğe uzanır. Bir yel değirmeni ile aynı işlevsel ilkeleri kullanır - rüzgarı dönme enerjisine dönüştürür - ancak bundan sonra yaptığı şey farklıdır. Rüzgar türbinlerinin içinde, genellikle doğrudan dönen bir kanat çubuğuna bağlı olan jeneratörler bulunur. Jeneratör döndürülerek, pilleri şarj etmek, şebekeyi beslemek veya elektronik cihazları doğrudan çalıştırmak için kullanılabilen bir elektrik akımı üretilir. Bunun nasıl çalıştığını anlamanın en iyi yolu, bir motoru düşünmektir , ancak bunun tersidir . Bir elektrik motoru hareket yaratmak için elektrik kullanırken, rüzgar türbini elektrik üretmek için hareket kullanır.
Daha spesifik olarak, bir rüzgar türbininin kanatları, rüzgarın kinetik enerjisini - hareketin yarattığı enerji - yakalar ve onu dönme enerjisine dönüştürür. Bu dönme enerjisi daha sonra bir jeneratörün hızını artırmak için bir dizi dişliden beslenir.
Bu türbinler genellikle saatte 5 ila 10 mil (saatte 8 ila 16 kilometre) rüzgar hızlarında enerji üretmeye başlar ve 60 mph (96 km / s) civarında yüksek hızlarda kapanır, böylece arızalanmazlar veya kendilerine zarar vermezler. Amerikan Rüzgar Enerjisi Derneği .
Rüzgar türbinleri elektrik üretirken, teknik olarak yel değirmenleri kadar verimli değiller. Rüzgar türbinleri , Betz limiti olarak bilinen maksimum yüzde 59'luk bir verime sahiptir . Bunun nedeni, rüzgarın tüm enerjisini kullanamama ve dönme enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmedeki yetersizliklerdir.
Eski Teknolojiden Geleceğin Enerjisine
Rüzgâr türbinleri, verimsizliklerine rağmen geleceğin rüzgardan yararlanma ve elektrik üretme yoludur. James, rüzgar türbinlerini karbon yakıtlara olan bağımlılığımızı azaltmanın ve nihayetinde ortadan kaldırmanın ayrılmaz bir parçası olarak gördüğünü söylüyor. Tipik bir rüzgar projesi, karbon ayak izini altı ay içinde geri ödeyerek onlarca yıllık sıfır emisyonlu enerji sağlıyor. Aslında , İskoçya gibi bazı ülkeler, iki İskoçya'yı beslemeye yetecek kadar güç üretebilecek kadar rüzgar enerjisine zaten yatırım yaptı! "
2018'de rüzgar , küresel elektriğin yaklaşık yüzde 5'ini üretti ve bu da onu hidroelektrikten sonra en büyük ikinci yenilenebilir kaynak haline getirdi. Yel değirmeninin ilk Pers ve Çin uygarlığının mekanik omurgası olarak ilk kullanımından günümüzün devasa rüzgar türbinlerine kadar, temel teknoloji burada kalacaktır.
Şimdi Bu İlginç
Rüzgar türbinlerinin açısal momentumlarını sabit tutmak için yalnızca üç kanadı vardır. Üç bıçakla, biri yukarı bakarken, ikisi bir açıyla aşağıya bakarken, kuvvetleri mükemmel bir şekilde dengeler. Rüzgar türbinlerinin üçten fazla kanadı olsaydı, ya kararsız ya da verimli olamayacak kadar ağır olurdu.
